Keiji Matsumoto

本論文では，影理論を誘電体回折格子に適用し，行列固有値問題の観点から，物理的解釈と影理論の有効性を示している．また，影理論で提案されている散乱因子は，単位面電流または単位面磁流密度を励振源とするスペクトル領域のグリーン関数に相当することについても言及している．

A method for analyzing the scattering of electromagnetic waves by a general bianisotropic slab is presented by extending the author's previous approaches for anisotropic, chiral, and those periodic media. The analysis is formulated in a unified matrix form, so that scattering characteristics can be obtained by system matrix calculations. The method can be extended straightforwardly to multilayerd and periodic structures. The scattering efficiencies are obtained for the incidence of not only linearly polarized waves but also circularly polarized waves.

A method for analyzing the scattering of electromagnetic waves by a general bianisotropic slab is presented by extending the author's previous approaches for anisotropic, chiral, and those periodic media. The analysis is formulated in a unified matrix form, so that scattering characteristics can be obtained by system matrix calculations. The method can be extended straightforwardly to multilayerd and periodic structures. The scattering efficiencies are obtained for the incidence of not only linearly polarized waves but also circularly polarized waves.

抵抗分とリアクタンス分で表されるインピーダンスをもつ平板格子について抵抗境界条件の有効性を検討している。行列固有値による誘電体格子の解析法とスペクトル領域ガレルキン法による平板格子の解析弦を同条件、同設定のもとに定式化し、誘電体格子と平板格子の解析結果の比較から電流展開と抵抗境界条件を適用できる格子層の厚みの限界点について述べている。

抵抗分とリアクタンス分で表されるインピーダンスをもつ平板格子について抵抗境界条件の有効性を検討している。行列固有値による誘電体格子の解析法とスペクトル領域ガレルキン法による平板格子の解析弦を同条件、同設定のもとに定式化し、誘電体格子と平板格子の解析結果の比較から電流展開と抵抗境界条件を適用できる格子層の厚みの限界点について述べている。

In a recent paper [Phys. Rev. E 52, 681 (1995)] we showed that in the absence of an external field, the twisted structure of substrates with weak anchoring can induce a deviation of the director at the surfaces from the easy axis and that the anchoring energy can be evaluated by measuring this deviation. To test the prediction, the anchoring energy for nematic 4-pentyl-4'-cyanobiphenyl and polyimide Langmuir-Blodgett (LB) substrates with thicknesses in a range less than 10 nm has been measured. The anchoring energy is found to increase and saturate with the number of LB layers. This result, unlike that expected for the isotropic van der Waals interaction, reveals the anomalous anisotropic interfacial tension between a liquid-crystal slab and polyimide LB films with nanometer thickness. The generalized nonretarded van der Waals energy for the chain-chain interaction is proposed to explain the experimental result.

This paper proposes an analysis method of diffracted waves in isotropic chiral gratings with periodicity in an arbitrary three-dimensional direction. In this method, the spatial harmonic expansion method applied to the analysis of anisotropic dielectric gratings is extended. By Fourier transform of the periodicity of the chiral admittance, a systematic matrix form is used for rigorous formulation. In the numerical examples given here, calculations are carried out for the density modulated grating in which the relative dielectric constant and the chiral admittance distributions are varied sinusoidally. A coupling between the circularly polarized diffracted waves due to the Bragg condition and an anomalous diffraction phenomenon due to the chiralty of the medium are presented. This coupling is not observed in the case of nonchiral isotropic dielectric gratings.

周期的変化が、任意の3次元方向に向いた異方性誘電体格子における伝搬波を、解 析できる空間高調波展開を拡張して、当方性キラル媒質で構成された周期構造による回折波の解析に適用している。 解杭方法は、比誘伝率に加えて規格化されたキラルアドミタンスについてもFourier展開でその周期性を表し、すべての電磁界が空間高調波間の結合として表現された系統的を行列形式で厳密に定式化されている。

A rigorous analysis of guided modes in chirowaveguides is presented. The numerical examples clarify that not only surface waves but also leaky waves exist owing to the chirality of the medium.

A rigorous analysis of anisotropic chirowaveguides is presented for the case of oblique propagation. The analysis is formulated in a unified matrix form, so that propagation characteristics can be obtained by systematic matrix calculations. The numerical results clarify that not only surface waves but also leaky waves exist owing to the anisotropy and chirality of the medium.

A perturbation formulation is developed for the anslysis of acoustooptic diffraction with multiple acoustic waves at different frequencies. The rigorous modal theory (characteristic wave theory) and perturbation method are used for the quantitative evaluation of nonlinear effects occurring in acoustooptic spectrum analysis and optical information processing. Various multifrequency diffraction effects were investigated by using rigorous modal approach and approximate perturbation approach. Sample calculations are presented for various regimes of diffraction. A comparison of perturbation approach, coupled wave approach, and rigorous modal approach is made.

特方性キラル媒質で構成された周期構造による光波の散乱問題を解析する手法を提案した。 解析方法は、すべての電磁界が空間高調波間の結合として表現された、系統的な行列形式で厳密に定式化されている。 数値計算例では、制限波状に変化している密度変調形格子に対して本解法を適用し、非キラル等方性誘電体格子の場合には見られない、表面波との結合による異常回折現象およびBragg条件による円偏波の回折波間結合を明らかにした。

昨年6月、バードバ大学でガリレオ就任400年を記念して開催された国際会議で発表された論文を、再査読の上、1年をかけて編集、World Scientific社より出版された論文集である。 表記論文内容は、一般異方性周期構造中を斜め伝搬する光波の3次元導波間題の厳密解法を定式化し、光ICに用いられているLiNbO3導波路を伝搬するずれ音波により形成される屈折率変調形格子導波路を例にとり、バンド特性や放射による洩れ波特 性を数値計算により明らかにしている。昨年6月、バードバ大学でガリレオ就任

任意形状表面レリーフ形グレーティング導波路における斜め伝搬彼の導波特性を解析している。 解析方法には改良微分法を提案し、その収束性と精度についての検言寸を行い、さらに従来の微分法で生じる問題が回避できることを示している。 また、他の解法との比較により、任意形状表面レリーフ形格子に対する導波解析、特に斜め伝搬波の場合の解析には、本解法 が適していることについても述べている。

An analysis of wave guidance by surface-relief grating waveguides is presented for the case of oblique propagation. This analysis is based on the first-order differential equations expressing the coupling of the space harmonics and an improved differential method is applied to solve the equations in the grating region with arbitrary profile. The propagation constants are calculated for isotropic grating waveguides with sinusoidal profile and the calculated results indicate that the accurate solutions can be obtained by increasing the number of expansion terms and the number of segments. Moreover, this method is extended to the case of the analysis of obliquely propagating waves and it is shown that peculiar leaky waves and stop bands appear owing to the coupling between TE and TM waves.

平板光グレーティングアンテナとも呼ばれて、光集積回路の結合素子として幅広く利用されている、誘電体グレーティング導波路中の異方性響導波の放射特性を厳密に解析している。LiNbO3導波路を数値例にとり、一般的には、常波と異常波の2ビームとして基板領域に放射されることを放射効率より、明らかにしている。場合のバンド特性、伝搬定数、放射効率をどの傾斜角による変化を、数値計算により初めて明らかにしている。

異方性グレーティング導波路の陣性を最も一般的を3次元導波問題として厳密に解析している。導波モードは常波と異常波の結合による擬TE及び擬TMモードとをり、導波、放射領域が一般に球面と回転楕円面の2曲面で限られ、両波の結合による特異かバンド特性や放射特性が現れることを初めて明らかにしている。

傾斜格子をもつ誘電体導波路中を伝搬する響導波の特性を、空間高調波展開法により厳密に解析し、2次元及び3次元伝搬の場合のバンド特性、伝搬定数、放射効率などの傾斜角による変化を、数値計算により初めて明らかにしている

周期構造をもつ異方性媒質中の光波の伝搬現象を能率良く解析するための計算処理法を提案している。 異方性媒質の誘電率テンソルがある特定の型に属している場合に関しては、電磁界の癒合関係を表す行列の次元を半減させることができ、数値的を精度を下げること無く計算機の記憶容量や演算時間を大幅に縮小させることが可能とをる。 また、この処理によって結合行列の物理的解釈を明らかにさせることにも有効である。

任意形状表面レリーフ形格子をもつ誘電体導波路における伝搬波の解析を改良微分法によって定式化し、その導波特性を数値 計算により明らかにしている。 任意形状表面レリーフ形格子の散乱解析において、精度的に有効であることが確認されている改良微分法が、演算処理の特徴から数値計算時間に関して優れていること・から、膨大を計算を必要とする導波間題に対して適していることが示されている。

方形誘電体格子をもつスラブ導波路において、その格子ベクトル方向に対して任意 の角度で伝搬する光波の解析を、空間高調波展開法によって定式化している。 この導波間題に対しては、伝搬波の減裏が最大にをる方向と位相速度方向を定めるための仮想的を励振条件を導入している。数値計算例では、複素伝搬定数に関する解の精度評価を示すと共に、斜め伝搬波の特性を図示している。 更に、洩れ波が生じる場合の放射について考察し、放射効率に関しても明らかにしている。

格子ベクトルと導波方向とが3次元的に任意である一般的を場合に関して、誘電体グレーティング導波路における導波間題の厳密を解析を提案している。この場合の導波モードは、TE波とTM波との結合によって、TE－、TM－likeモードにをる。 解析は統一的を行列形式で定式化されており、導波特性は任意の精度で求めることが可能である。計算結果では、特異を禁止帯や洩れ波がTE波とTM波の結合の効果として現れることを明らかにしている。

任意形状表面レリーフ型グレーティング導波路に対する斜め伝搬波の解析を、空間高調波展開法に基づいた改良微分法で定着化している。特に斜め伝搬波に関しては、最大減衰方向を決定する束縛条件を導入している。数値計算例では、正弦波形状の表面レリーフ型格子を持つ導波路を取り上げ、ほかの解析結果と比較することで本解法の有効性を確認し、その上で位相速度方向が任意である斜め伝搬波の特性を明らかにしている。